PVDF基聚合物复合材料界面与介电性能研究

摘要

现代电子电气行业发展迅猛，一般功能的介电材料越来越无法满足新材料的应用。目前提出的聚合物基陶瓷复合材料兼具介电陶瓷材料与聚合物材料的优点，具有良好的加工性能和优异的介电性能，但该复合材料质量难以控制，如纳米陶瓷颗粒在基体中的填充量、分散性、与基体界面的相容性是其制各难点。为了研究陶瓷颗粒填充量以及界面对复合材料电性能的影响，本文设计核壳结构构造了不同的界面，成功制备了具有高介电常数低介电损耗高储能的介电复合材料。 首先，在钛酸钡颗粒表面包覆PDA制备出核壳结构BT@PDA-Ag纳米颗粒，以P(VDF-HFP)为聚合物基材，采用溶液流延法制备了不同BT@PDA-Ag填充量的复合材料。本方法成功应用了纳米Ag的库伦阻塞效应以及PDA对于界面的改善作用，研究了在聚合物基体中核壳结构的纳米颗粒填充量的最优数值以及复合材料的介电性能。结果表明纳米颗粒的填充量为20%时复合材料表现出最优的介电性能。 其次，在钛酸钡颗粒表面依次包覆HBP和PDA，得到镶嵌纳米Ag的一核双壳结构BT@HBP@PDA纳米颗粒。并与P(VDF-CTFE)以20%填充量复合，采用溶液流延法得到不同界面结构的复合材料，研究了不同界面结构与复合材料介电储能之间的关系。结果表明，双壳层HBP与PDA在一定程度上将纳米颗粒与基体的界面相容性这一问题进行了解决，初步得到高介电性能的复合材料。 最后，利用高抗冲聚苯乙烯材料HIPS和高介电常数钛酸钡(BaTiO3，BT)，研究了BT纳米颗粒与HIPS基体复合材料的最佳填充含量以及介电性能。结果表明，当陶瓷颗粒的质量分数为20%时，此复合材料与传统含氟共聚物相比，介电损耗显著降低。 本研究建立的陶瓷颗粒的填充量与核壳结构界面对于复合材料介电性能影响关系为复合材料在介电和相关领域的应用提供了参考。

目录

第一个书签之前

1 绪论

1.1 研究背景

1.2.1 电介质基本理论

1.2.2 极化机理

1.3 电介质材料的种类

1.3.1 介电陶瓷

1.3.2 介电聚合物

1.3.3 聚合物基陶瓷复合电介质材料

1.4 核壳结构复合电介质材料研究进展

1.4.1 “grafting from”法

1.4.2 “grafting to”法

1.4.3 有机-无机纳米粒子作为填料的核-壳结构

1.4.4 核壳结构优势

1.5 本论文研究目的与内容

2.1 引言

2.2.1 实验原料及试剂

2.2.2 制备核壳结构BT@PDA纳米颗粒

2.2.3 草莓状核壳结构BT@PDA-Ag纳米颗粒制备

2.2.4 基于P(VDF-HFP)不同填充量聚合物纳米复合薄膜制备

2.3 结果与讨论

2.3.1 纳米颗粒BT@PDA-Ag的表征

2.3.2 基于P(VDF-HFP)的聚合物纳米复合材料表征

2.3.3 基于P(VDF-HFP)的聚合物纳米复合薄膜介电储能研究

2.3.4 基于P(VDF-HFP)的聚合物纳米复合薄膜介电性能研究

2.4 本章小结

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料及试剂

3.2.2 制备核壳结构的BT@HBP纳米颗粒

3.2.3 制备草莓状一核双壳结构的BT@HBP@PDA-Ag纳米颗粒

3.2.4 基于P(VDF-CTFE)制备聚合物纳米复合材料

3.3 结果与讨论

3.3.1 纳米颗粒BT@HBP@PDA-Ag的表征

3.3.2 基于P(VDF-CTFE)一核双壳聚合物纳米复合薄膜表征

3.3.3 基于P(VDF-CTFE)聚合物纳米复合材料介电储能研究

3.3.4 基于P(VDF-CTFE)聚合物纳米复合材料介电性能研究

3.4 结果与讨论

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料及试剂

4.2.2 BT/HIPS复合材料制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 复合材料的结晶性质

4.3.2 复合材料的介电储能研究

4.3.2 复合材料的介电性能研究

4.4 本章小结

5 本文总结

致 谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间取得的研究成果